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Ferramentas de corte de aço inoxidável: Como escolher pastilhas de metal duro, fresas de topo e brocas
A maquinagem de aço inoxidável pode ser frustrante porque o material é duro e gera muito calor. Necessita das ferramentas de metal duro corretas e de uma estratégia inteligente para evitar partir peças ou perder tempo. Este guia ajuda-o a escolher as melhores pastilhas, fresas de topo e brocas para a sua oficina.
Porque é que o aço inoxidável é difícil de maquinar
O aço inoxidável não é como o aço-carbono ou o alumínio. Tem propriedades específicas que fazem com que as suas ferramentas se desgastem mais rapidamente se não utilizar as definições corretas.
Encruamento do material
Este é um dos maiores problemas na oficina mecânica. Se a sua ferramenta estiver cega ou se esfregar a superfície em vez de a cortar, o metal torna-se muito mais duro. A razão é que a pressão física altera a estrutura do aço. Uma vez endurecido, a sua ferramenta terá dificuldade em cortá-lo. Deve manter sempre a ferramenta em movimento e efetuar um corte suficientemente profundo para ficar abaixo da camada endurecida.
Elevada tenacidade
O aço inoxidável é pegajoso. Quer agarrar-se à aresta de corte em vez de se partir em lascas limpas. Esta dureza requer mais potência da sua máquina e coloca mais tensão nas suas pastilhas de metal duro.
Classes de aço inoxidável e respectivas classificações de maquinabilidade
Os aços inoxidáveis não são todos iguais. Alguns são fáceis de cortar, enquanto outros são muito difíceis.
Imóveis | 304 Austenítico | 316 Austenítico | 430 Ferrítico | 410 Martensítico | 2205 Duplex |
Densidade | 8,000 | 8,000 | 7,750 | 7,750 | 7,805 |
Derretimento | 1400-1450 | 1375-1400 | 1425-1510 | 1480-1530 | 1420-1465 |
Calor | 500 | 500 | 460 | 460 | 450 |
Elec. Resistividade | 720 | 740 | 600 | 570 | 800 |
Cond. Térmica. | 16.2 | 16.3 | 26.1 | 24.9 | 19.0 |
Módulo de elasticidade | 193 | 193 | 200 | 200 | 200 |
Aço inoxidável 303
Esta é a qualidade mais fácil de maquinar. A razão é que contém enxofre, o que ajuda as aparas a desfazerem-se. É excelente para peças de grande volume.
Aço inoxidável 304
Este é o tipo mais comum que verá. É mais difícil de maquinar do que o 303 porque endurece muito mais depressa. São necessárias ferramentas afiadas e uma pressão constante.
Aço inoxidável 316
Este tipo tem molibdénio para proteger contra a corrosão. No entanto, é mais duro e mais abrasivo do que o 304. As suas ferramentas desgastar-se-ão mais rapidamente ao cortar 316.
Aço inoxidável 17-4 PH
Esta é uma qualidade de endurecimento por precipitação. No seu estado recozido, maquina bem. Mas se for tratada termicamente, torna-se muito forte e requer classes de metal duro especializadas.
Aço inoxidável duplex
Trata-se de uma mistura de dois tipos diferentes de aço. É muito forte e muito difícil de maquinar. É necessário utilizar velocidades lentas e porta-ferramentas muito rígidos.
Escolher as pastilhas de metal duro corretas para aço inoxidável
Pastilhas de metal duro são muito melhores para este trabalho do que o aço de alta velocidade (HSS). O carboneto pode suportar as altas temperaturas que o aço inoxidável cria sem perder a sua dureza.
Classes de pastilhas de metal duro
Quando comprar pastilhas, procure o grupo “M”. Este grupo foi especificamente concebido para o aço inoxidável. Estas classes têm o equilíbrio correto entre a dureza para evitar a lascagem e a dureza para resistir ao calor.
Geometria da inserção e preparação das arestas
Para o aço inoxidável, é necessário um ângulo de inclinação positivo. Isto significa que a ferramenta tem uma aresta mais afiada que corta o metal em vez de o empurrar. Isto reduz o calor e a possibilidade de endurecimento por trabalho. O separador de aparas também é importante. Deve ser concebido para enrolar as limalhas de modo a que estas se partam antes de poderem riscar a peça.
Revestimentos para pastilhas de metal duro
Os revestimentos são como um escudo para a sua ferramenta.
TiAlN
Este é um revestimento padrão que funciona bem para muitos trabalhos.
AlTiN
Este é melhor para aplicações de elevado calor porque se torna mais duro à medida que aquece.
Revestimentos PVD
A maioria das pastilhas de aço inoxidável utiliza PVD (Deposição Física de Vapor). Este processo permite que o revestimento seja muito fino e que a aresta de corte se mantenha muito afiada.
Inserções positivas vs. negativas
Inserções positivas
Estes são os melhores para peças pequenas ou paredes finas. Utilizam menos força e criam menos calor.
Inserções negativas
Estas são mais fortes. Estas devem ser utilizadas para desbaste pesado, onde é necessário remover muito metal e a máquina é muito estável.
Fresas de topo de metal duro para fresagem de aço inoxidável
A fresagem de aço inoxidável requer uma ferramenta que possa lidar com a vibração e o calor ao mesmo tempo.
Contagem e geometria da flauta
Durante muitos anos, as pessoas utilizaram fresas de topo de 4 canais. No entanto, atualmente, muitos maquinistas preferem ferramentas de 5 ou mesmo de 7 canais. Mais canais permitem-lhe mover a ferramenta mais rapidamente, mantendo o acabamento da superfície suave. Deve também procurar um design de hélice variável. Isto significa que as espirais da ferramenta não são todas iguais. Isto evita que a ferramenta vibre, o que é um problema comum na fresagem de aço inoxidável.
Na maioria dos casos, deve utilizar a fresagem em subida. Isto é, quando a ferramenta roda na mesma direção que o avanço. Isto ajuda a ferramenta a entrar no corte com uma limalha grossa e a sair com uma limalha fina. Isto coloca menos calor na ferramenta e ajuda a fresa de topo durar mais tempo.
Fresagem trocoidal
Esta é uma estratégia moderna de trajetória da ferramenta. Em vez de cortar em linha reta, a ferramenta move-se em pequenos círculos. Isto mantém a ferramenta no corte durante um período de tempo mais curto. Permite que o calor escape e permite-lhe utilizar todo o comprimento da fresa de topo. É uma óptima maneira de poupar dinheiro em ferramentas.
Brocas de metal duro para perfuração de aço inoxidável
A perfuração é muitas vezes a parte mais difícil do trabalho porque o calor fica retido no interior de um buraco.
Porque é que o HSS falha
As brocas HSS normais derretem normalmente no aço inoxidável. Não conseguem manter-se afiadas o tempo suficiente para atravessar a camada endurecida. Brocas de metal duro são muito mais rígidas e suportam a pressão necessária para continuar a cortar.
Geometria da broca
O seu berbequim deve ter um ângulo de ponta de cerca de 135 a 140 graus. Uma ponta mais plana ajuda a centrar o berbequim e evita que este se desvie. Além disso, é necessário um berbequim com uma alma grossa ou secção central para que o berbequim não se dobre sob pressão.
Brocas para refrigeração
Se é perfuração de buracos profundos, Se não for possível, é necessário utilizar berbequins de refrigeração. Estas ferramentas têm orifícios que passam pelo meio. O líquido de refrigeração sai da ponta do berbequim. Isto empurra as limalhas para fora do furo e mantém a ponta fria. Sem isto, as limalhas entopem o furo e a broca parte-se.
Estratégia da ferramenta de corte por operação de maquinagem
Cada operação necessita de um enfoque ligeiramente diferente para ser bem sucedida.
Torneamento CNC
Concentre-se no controlo das aparas. Utilize uma taxa de alimentação suficientemente elevada para que o separador de aparas funcione. Se vir ninhos de aparas compridos, tem de alterar a alimentação ou a geometria da pastilha.
Fresagem CNC
Concentre-se na trajetória da ferramenta. Não deixe que a ferramenta se detenha ou permaneça num só ponto. Se a ferramenta parar de se mover enquanto estiver a rodar, endurecerá imediatamente a superfície.
Perfuração e abertura de furos
Não utilize um ciclo de peck a menos que seja necessário. De cada vez que o berbequim sai do furo, vai esfregar o fundo e endurecer o metal. Se tiver de fazer um peck, certifique-se de que o berbequim regressa com força suficiente para cortar quaisquer pontos endurecidos.
Referência de velocidades, avanços e profundidade de corte
Os números seguintes são pontos de partida. Tem de os ajustar com base no som da sua máquina e no aspeto das ferramentas.
Pés de superfície por minuto
Para 304 ou 316, tem a opção de começar entre 150 e 300 SFM para tornear. Se a ferramenta se desgastar demasiado depressa, abrande. Se a ferramenta parecer boa mas o trabalho for lento, acelere.
Taxa de alimentação
Para a fresagem, um bom ponto de partida é frequentemente 0,002 a 0,005 polegadas por dente.
Profundidade de corte
Para o desbaste, utilize o máximo que a sua máquina conseguir suportar. Para o acabamento, certifique-se de que o seu DOC é de pelo menos 0,005 polegadas. Se efetuar um corte demasiado pequeno, a ferramenta irá apenas friccionar e endurecer a peça.
Refrigerante e lubrificação para ferramentas de aço inoxidável
O líquido de refrigeração é normalmente recomendado para quase todos os trabalhos em aço inoxidável.
Líquido de refrigeração de inundação versus líquido de refrigeração de alta pressão
O líquido de refrigeração de inundação é melhor do que nada, mas o líquido de refrigeração de alta pressão (deve ser superior a 1000 PSI) é muito melhor. A alta pressão ajuda a partir as aparas em pequenos pedaços e afasta-as da zona de corte.
Riscos de maquinagem a seco
Deve evitar-se maquinagem a seco na maioria das operações com aço inoxidável. Sem refrigeração, o calor acumula-se tão rapidamente que destrói a aresta de metal duro em segundos. A única exceção é, por vezes, em passagens de acabamento muito ligeiras com revestimentos especiais, mas mesmo assim, é arriscado.
Padrões de desgaste de ferramentas e o que eles nos dizem
Observar como as suas ferramentas morrem dir-lhe-á como corrigir o seu processo.
Borda construída
Isto acontece quando pedaços de aço inoxidável se colam à sua ferramenta. Acontece quando a velocidade é demasiado lenta ou quando o líquido de refrigeração não chega ao bordo. Aumente a velocidade para evitar isto.
Desgaste do flanco
Trata-se de um desgaste normal. Se acontecer demasiado depressa, é provável que a velocidade seja demasiado elevada.
Chipping
Isto significa que a ferramenta está a vibrar ou que a classe é demasiado frágil. Utilize uma classe de metal duro mais resistente ou verifique a estabilidade da sua configuração.
Desgaste do entalhe
Isto acontece na linha de profundidade de corte. Pode resolver este problema alterando a profundidade de corte em diferentes passagens, para que o desgaste não seja sempre no mesmo sítio.
Acabamento de superfícies após maquinagem CNC
Depois de terminar a maquinagem, a peça necessita definitivamente de pós-processamento. Para obter um bom Ra, utilize uma ferramenta com um raio de ponta maior e uma velocidade de avanço mais lenta. Embora algumas peças necessitem de passivação ou electropolimento para melhorar a resistência à ferrugem, o mais importante é ter primeiro uma superfície limpa e lisa da máquina.
Resumo
O sucesso com o aço inoxidável advém da gestão do calor e da prevenção do endurecimento por trabalho. Utilize ferramentas de metal duro afiadas, revestimentos corretos e muito líquido de refrigeração. Seguindo estes parâmetros iniciais e observando o desgaste das ferramentas, irá melhorar a sua produtividade e a qualidade das peças.
FAQs
Que classe de pastilhas de metal duro é melhor para o aço inoxidável 316?
Deverá escolher uma classe ISO M com um revestimento PVD. Estes são suficientemente resistentes para lidar com o molibdénio do 316 sem lascar.
Quantas ranhuras deve ter uma fresa de topo de metal duro para aço inoxidável?
Uma ferramenta de 4 canais é boa, mas as fresas de topo de 5 canais são frequentemente melhores. Oferecem um melhor equilíbrio entre velocidade e espaço para as limalhas saírem.
Porque é que as minhas brocas de metal duro continuam a partir-se em aço inoxidável?
Isto acontece normalmente devido ao calor ou ao entupimento das aparas. Certifique-se de que está a utilizar um berbequim de refrigeração e que não está a deixar a broca esfregar no fundo do furo.
Posso utilizar as mesmas pastilhas de metal duro para o aço inoxidável 304 e duplex?
Pode, mas terá de reduzir a velocidade para o duplex. O duplex é muito mais duro, pelo que a ferramenta não durará tanto tempo se mantiver as mesmas definições do 304.
Qual é o melhor revestimento para ferramentas de metal duro em aço inoxidável?
AlTiN ou TiAlN são os revestimentos mais comuns e eficazes. Para trabalhos a alta velocidade, o AlTiN é normalmente o vencedor devido à sua resistência ao calor.
